LED-Pflanzenbeleuchtung

Der Pflanzenanbau in Gewächshäusern ist keine neue Technologie, aber mit der wachsenden Weltbevölkerung und dem Trend zur Nachhaltigkeit wird die einfache, aber hocheffiziente und standardisierte Lebensmittelproduktion in den kommenden Jahren immer mehr zur Norm und eröffnet einen potenziell riesigen neuen Landwirtschaftssektor. Aber wie können Forscher und Mitarbeiter aus diesen Bereichen die voneinander abhängigen Anforderungen verstehen? Hierzu eine kurze Erläuterung. Die Photosynthese ist der Prozess, bei dem Wasser und Kohlendioxid mithilfe von Lichtenergie in komplexe Kohlenhydrate (z. B. Zucker) und Sauerstoff umgewandelt werden. Obwohl die von der Sonne abgestrahlte Energie, die die Erdoberfläche erreicht, aus dem gesamten Spektrum des sichtbaren Lichts (und mehr) besteht, verwenden Pflanzen nur bestimmte Lichtfrequenzen für die Photosynthese. Diese Frequenzen hängen mit den Absorptionseigenschaften verschiedener Pigmente zusammen, die in den Chloroplasten - sogenannten Zellorganellen - verfügbar sind, um verschiedene Funktionen der Photosynthese zu beeinflussen.

LEDs bieten die Möglichkeit, Licht bestimmter Wellenlängen zu emittieren. Jeder, der Lösungen in diesem Bereich anbietet, sollte jedoch sicherstellen, dass er LEDs mit einer geeigneten Wellenlänge (λ, nm) verwenden kann, um den gesamten Lichtbereich abzudecken, den Pflanzen verwenden und auf den sie reagieren. Wenn Sie Pflanzen mit Hilfe bestimmter Lichtwellenlängen im Sinne einer Ertragssteigerung beeinflussen möchten, benötigen Sie separate LEDs für alle Spektren und eine Steuerung dieser.

Einsatz in Gartenbaubetrieben und Indoor-Farmen

Beleuchtetes Gewächshaus

Wir haben heute noch immer einen verschwindend geringen Anteil an Betrieben, die mit LED-Licht arbeiten, denn man kann vieles falsch machen. Doch das muss nicht sein, wenn es um die Beleuchtung in der Obst-, Gemüseproduktion oder den Zierpflanzenanbau geht.

Eine ausgereifte LED Beleuchtungsstrategie entscheidet über Erfolg oder Misserfolg

Eine der ersten Fragen, die der Züchter stellt ist die Frage nach den Kosten pro Quadratmeter und der Energieersparnis. Eine einfach zu stellende Frage, die sich ohne gezielte Rückfragen nicht so einfach beantworten lässt. Handelt es sich um eine Indoor-Farm oder ein Gewächshaus. Welche Pflanzen sollen im Wachstum gefördert werden und welche Ziele sollen erreicht werden.

An dieser Stelle stellt sich bereits die Frage nach dem optimalen Lichtspektrum. Auch bei der Planung der LED Beleuchtung geht es um eine gleichmäßige Lichtverteilung. Denn jedes emittiertes Lichtteilchen der Leuchte welches nicht auf das Pflanzendach trifft sondern beispielsweise auf eine Wand, einen Flur oder eine Säule auftrifft ist eine Verschwendung von teurer Energie und reduziert die gewünschte Ertragssteigerung.

Für Zusatzbeleuchtungen in Gewächshäusern (anders als bei Indoor-Farmen), ist es wichtig zu wissen wo steht das Gewächshaus und wie hoch ist die durchschnittliche Tageslichtmenge (Daily Light Integral). Wie viel Licht wird durch die Gewächshauskonstruktion absorbiert und wie viel Licht kommt tatsächlich bei den Pflanzen an, um für die Photosynthese verwendet werden zu können? Abhängig von der Pflanze werden für das optimale Wachstum bestimmte Tageslichtmengen und Belichtungszeiten benötigt. Diese hängen stark von den Lebensstadien einer Blütenpflanze also der Keimung, der Entwicklung des Vegetationskörpers (Wurzeln, Stängel und Blätter) und seinem Wachstum und anschließend der Blüte, der Bestäubung ebenso wie der Fruchtbildung ab.

Ein weiteres nicht zu vernachlässigendes Thema ist das richtige Gleichgewicht zwischen Licht und Wärme herzustellen und eine der schwierigsten Aufgaben und nicht unbedingt durch eine Luftheizung zu erreichen. Stellt man also beispielsweise von HPS auf LED-Beleuchtung im Pflanzenbau um, müssen Temperatur, Feuchte und Luftaustausch ganz neu eingestellt werden.

Einem Praxisbetrieb kann man aufgrund dieser Erfahrungen nur empfehlen sich mit dem Thema auseinanderzusetzen, im kleinen Maßstab zu beginnen und eigenen Erfahrungen zu sammeln. 

Denn trotz der möglichen Hürden zu Beginn, bieten LEDs im Gartenbau den Betrieben eine Vielzahl an neuen Möglichkeiten und Einsparpotentialen. Dies fängt bei den effizienten LEDs an, geht über das individuelle Spektrum bis zum gezielten Steuern von Pflanzeneigenschaften und einer damit einhergehenden Ertragssteigerung ein. LED Pflanzenleuchten sind darüber hinaus wartungsfrei, langlebig und bieten dem Züchter durch eine natürliche Lichtfarbe ein deutlich angenehmeres Arbeitsumfeld. Auch können so Krankheitserreger besser und frühzeitiger erkannt und entgegengewirkt werden.

In diesem Fall lohnt es sich LED Pflanzenbeleuchtung einzusetzen

Je stärker ein Betrieb spezialisiert ist, desto höher sind die Chancen einer sinnvollen Nutzung von LED-Pflanzenbeleuchtung mit seinen unterschiedlichen Spektren. Man sieht beispielsweise bei Calibrachoa-Stecklingen, dass diese unter blauem LED-Licht am längsten wachsen. Arbeitet man gegen Ende des Tages von 17 bis 17:30 Uhr mit hellrotem-Licht, so zeigt dieses die stärkste Hemmwirkung bei Poinsettien. Dieser sogenannte „end-of-day effect“ verhindert die dunkelrote Wirkung des Dämmerlichts, des Tagesendeffekts.

Bei der Pantoffelblume Calinopsis hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung von 4 Stunden dunkelrotem Licht im Anschluss an einen 10 Stunden Tag Streckung und Blüte gefördert werden. Auch Inhaltsstoffe wie beispielsweise Zuckergehalte lassen sich durch gezielte LED-Spektren ganz gezielt beeinflussen. Ein hoher Rotanteil fördert beispielsweise die Rosmarin-Gehalte bei Basilikum.

Zierpflanzen in Töpfen

Die Forschung im Bereich der LED Pflanzenbeleuchtung geht stetig voran. Ziel ist z.B. die optimale Belichtungsstrategie mit LED-Leuchten für Erdbeeren, um diese noch schmackhafter zu produzieren. Für die Hochstamm-Produktion nutzen Produzenten hin und wieder Gibberellinsäure (GA3), was die Zellstreckung fördert. Der gleich Effekt lässt sich allerdings auch mit LED Beleuchtung erreichen. Ebenfalls ein Thema ist es, wie man mit ausgesuchten LED-Spektralfarben den Pflanzenschutz beeinflussen kann. Bisher ist hier noch viel unbekannt allerdings weiß man, dass UV-B-Strahlung echten Mehltau an Gurken unterdrückt.

Anforderungen an gute LED Pflanzenleuchten

Nach wie vor ist es so, dass 50 % der eingesetzten elektrischen Energie in Licht umgewandelt und die anderen 50 % als Wärme über die Platine abgegeben werden. Für die Wärmeabfuhr ist eine effiziente Kühlung essentiell was in der Regel über eine große Oberfläche erreicht wird. Denn mit steigender LED-Temperatur (über 25 °C) sinkt der Wirkungsgrad und verkürzt sich die Lebensdauer einer LED.

Neben der Kühlung ist der Ausstrahlungswinkel wichtig für eine gleichmäßige Ausleuchtung. Generell muss man für LED-Beleuchtungstechnik mit drei- bis vierfach höheren Investitionskosten im Vergleich zu herkömmlicher Pflanzenbeleuchtung zu rechnen. Demgegenüber stehen mit der LED Technik realistische Energieeinsparungen von 30 bis 40 %, unzählige Möglichkeiten das Pflanzenwachstum zu beeinflussen, ein vorhersehbarer und kalkulierbarer Ertrag, Umwelteinflüsse spielen eine kleinere oder bei Indoor-Farmen gar keine Rolle mehr und einer echten Möglichkeit die Erträge zu erhöhen.

Led pflanzenbeleuchtung

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